Национальный цифровой ресурс Руконт - межотраслевая электронная библиотека (ЭБС) на базе технологии Контекстум (всего произведений: 634932)
Контекстум
Руконтекст антиплагиат система

Физико-химическая механика (220,00 руб.)

0   0
Первый авторКоржов Евгений Николаевич
ИздательствоИздательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета
Страниц69
ID245143
АннотацияНастоящее учебное пособие ставит своей целью развить основные представления о современных подходах и методах механики с учетом разнообразных физических и химических взаимодействий между материальными объектами реальной действительности. В первой части пособия дается общее представление о тех областях знаний и практической деятельности, в которых имеют место какие-либо процессы или явления, характеризующиеся физическими или химическими превращениями и взаимодействиями между реальными объектами. Приводятся основные понятия и представления, свободное владение которыми требуется при математическом моделировании функционирования реальных объектов. Во второй части представлены задания и примеры их выполнения в рамках семинарских занятий, рассчитанных на 34 аудиторных часа.
Кому рекомендованоРекомендуется для студентов 5 и 6 курсов факультета ПММ. Для специальности – Механика
Коржов, Е.Н. Физико-химическая механика / Е.Н. Коржов .— Воронеж : Издательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета, 2009 .— 69 с. — 68 с. — URL: https://rucont.ru/efd/245143 (дата обращения: 27.04.2024)

Предпросмотр (выдержки из произведения)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Е.Н. Коржов ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА Учебное пособие Издательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета 2009 Рекомендовано к изданию научно-методическим советом факультета прикладной математики, информатики и механики ВГУ 11 июня 2008 г., протокол № 9 Рецензент доцент кафедры теоретической физики Воронежского госуниверситета кандидат физико-математических наук А.Н. Алмалиев Настоящее учебное пособие ставит своей целью развить основные представления о современных подходах и методах механики с учетом разнообразных физических и химических взаимодействий между материальными объектами реальной действительности. <...> Из наиболее удачных, на наш взгляд, можно отметить подход, выработанный ВИНИТИ РАН, добавив некоторые традиционные для механики разделы. <...> Исследования, учитывающие микроструктурные особенности на молекулярном или ионном уровне, послужили основой для выделения стремительно прогрессирующего направления, получившего собственное наименование – нанотехнология. <...> В заключение этого краткого обзора хотелось бы высказать соображение о том, что два раздела механики в наибольшей степени определяют нынешний этап её развития, являются непременным условием успешного развития и средством удовлетворения многочисленных потребностей общества – это физико-химическая и вычислительная механика. <...> Основные закономерности собственно физических взаимодействий изучаются в физической кинетике, поэтому данный раздел науки рассматривается как одна из базовых составляющих физико-химической механики. <...> Законы и закономерности химических превращений составляют предмет исследования химической кинетики [3, 4, 7, 9]. <...> Так, например, физико-химическая механика исследует процессы горения, которые составляют <...>
Физико-химическая_механика.pdf
Стр.1
Стр.3
Стр.6
Стр.7
Стр.8
Физико-химическая_механика.pdf
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Е.Н. Коржов ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА Учебное пособие Издательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета 2009
Стр.1
1. КРАТКИЙ ОБЗОР НЕКОТОРЫХ НАПРАВЛЕНИЙ РАЗВИТИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИ: ИСТОРИЧЕСКИЙ ОЧЕРК В начале XXI века одной из характерных особенностей развития науки и техники является все большая степень интеграции различных их разделов вместе с широким внедрением тех или иных элементов информационных технологий. Последний факт является важным обстоятельством, отмечаемым не только в механике, но и других областях знаний. В механике, как и в большинстве естественных наук, еще с середины прошлого века интенсивное развитие получили так называемые «пограничные» области знаний. Термин «пограничные» выражает существенную особенность, заключающуюся в том, что основная масса исследований выполняется, как правило, на стыке наук. Вместе с тем следует отметить, что такого рода исследования выполнялись в науке уже достаточно давно. По крайней мере, в области механики подобного рода исследования относят к началу прошлого века, когда были получены существенные результаты с привлечением теории или эксперимента при учете разнообразных физических взаимодействий или химических превращений. Так, например, известная задача Стефана о поведении систем, состоящих из твердых и жидких сред, при замерзании или отвердевании и обратные им явления (таяние, плавление) была сформулирована и успешно решена еще в 1891 году. В течение XX века была развита целая относительно самостоятельная область механики для систем с подвижными границами и фазовыми переходами. В настоящее время прямые и обратные задачи попрежнему широко изучаются в связи с многочисленными и разнообразными приложениями. Большое внимание уделяется задачам с промежуточным фазовым состоянием, называемым иногда «мягким» слоем. Такие задачи весьма актуальны в металлургии, химической промышленности, биологии и медицине, в исследованиях, связанных с изучением поведения ледников (больших массивов льда и снега) и мн. др. К середине XX века у нас в стране и за рубежом формируются коллективы и группы специалистов по различным направлениям исследований в области физико-химической механики. Создаются специальные лаборатории в Институте механики Академии наук (в настоящее время Институт проблем механики РАН), институте механики Московского университета, в институтах Сибирского отделения АН СССР (Институт гидродинамики, Институт теоретической и прикладной механики, организуется даже самостоятельный академический Институт механики многофазных систем (г. Тюмень)) и в других научных центрах. Многочисленные шаги по расширению фронта исследований в области физико-химической механики предпринимаются в различных государствах. Безусловно, ведущими здесь яв3
Стр.3
2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, ПРЕДСТАВЛЕНИЯ, ОПРЕДЕЛЕНИЯ И УРАВНЕНИЯ Механика есть наука об изменении со временем взаимного положения в пространстве материальных объектов и их силовом взаимодействии между собой и окружающей средой. Уточняя это понятие, в классической механике оговаривается, что такими объектами могут быть любые материальные тела, кроме элементарных частиц, атомов или молекул. Поведение этих микрочастиц является предметом исследования в специальных разделах физики – молекулярной физике и квантовой механике. Второе существенное ограничение – быстрота перемещения материальных объектов осуществляется со скоростями намного меньше скорости света. Если скорость движения материальных объектов становится соизмеримой со скоростью света, то такого рода движения изучаются в теории относительности. В механике, как ни в какой другой науке, основным методом исследования является математическое моделирование. Все материальные объекты, которые изучает механика, представляются в виде некоторых их аналогов или отображений, называемых моделями. Принято выделять следующие основные типы моделей: материальная точка, система материальных точек, абсолютно твердое тело, сплошная среда или их комбинации. Если движение или взаимодействия реальных материальных объектов характеризуются какими-либо физическими или химическими превращениями или взаимодействиями, то такого рода движения и взаимодействия составляют предмет исследования физико-химической механики. Под физическими превращениями и взаимодействиями понимают фазовые переходы из одного агрегатного состояния в другое, разнообразные явления и эффекты в многофазных системах, тепло- и массообмен в однородных и неоднородных средах, взаимодействие материальных объектов с электромагнитными полями и многое другое [3, 5, 7, 10]. Основные закономерности собственно физических взаимодействий изучаются в физической кинетике, поэтому данный раздел науки рассматривается как одна из базовых составляющих физико-химической механики. К числу химических взаимодействий относятся любые процессы, включая химические реакции, в результате которых одни вещества возникают, а другие исчезают. Это такие процессы, как горение, окисление и восстановление веществ, ионный обмен и мн. др. Законы и закономерности химических превращений составляют предмет исследования химической кинетики [3, 4, 7, 9]. Естественно, что её результаты так же входят, как основной составляющий элемент, в физико-химическую механику. 6
Стр.6
Таким образом, можно определить физико-химическую механику как раздел механики, изучающий перемещение и взаимодействие материальных объектов с учетом физических или химических взаимодействий. Существуют и другие точки зрения на предмет физико-химической механики, прежде всего в кругу специалистов в области коллоидной химии. Представляется, что такая точка зрения является несколько ограниченной, сужающей область исследования этого раздела науки. Следует также понимать различия в предмете исследования, подходах и методах изучения реальных явлений, принятых в физико-химической механике, и отдельных частных науках, тесным образом развивающихся совместно и с многочисленными проявлениями взаимного влияния друг на друга. Так, например, физико-химическая механика исследует процессы горения, которые составляют основу одноименной теории. Однако между подходами, применяемыми методами и средствами существуют, по крайней мере, в настоящее время, и вполне определенные отличия. Если теория горения основное внимание уделяет собственно механизму осуществления этого процесса, влиянию потоков жидкости или газа на процесс горения, то физико-химическая механика, прежде всего, обращает внимание на такие стороны, как построение соответствующих математических моделей, влияние реакций горения на динамику потока, изменение распределенных и интегральных динамических характеристик от параметров химических реакций и т. д. Поэтому было бы неправильным противопоставлять эти две науки или пытаться навязать методологию одного раздела науки другому. Наоборот, следует стремиться к более полному использованию результатов одной науки в другой, не подменяя предмет исследования каждой из них, а развивать его, делать все более разнообразным по форме и более глубоким по содержанию. И еще одна особенность физико-химической механики – постоянное обобщение результатов в различных частных науках и разработка наиболее общих моделей, а также подходов и методов решения полученных математических задач и их применение в прикладных исследованиях. Так, например, динамика пузырька применяется при изучении самых разнообразных процессов и явлений – кавитации, металлургии (продувка металла), производстве полимерных изделий, технологиях пищевой промышленности, двигателестроении, системах с полупроницаемыми мембранами и пористыми электродами (топливные элементы), геологических исследованиях и прочее. Основные принципы построения математических моделей для теоретических исследований в области физико-химической механики базируются на основе фундаментальных законов природы, а также тех законов и закономерностей, которые установлены в конкретной предметной области. Та7
Стр.7
кой методологический подход может быть признан наиболее корректным с точки зрения общей теории моделирования. Первую группу уравнений, на базе которых строятся математические модели распределенных систем, в том числе физико-химического континуума, составляют уравнения, получаемые из фундаментальных законов природы или естествознания. К числу таких фундаментальных постулатов относятся законы баланса массы, импульса или количества движения, момента импульса и внутренней энергии [3, 10–13]. В наиболее общем виде их можно записать таким образом: 1. Уравнение неразрывности, получаемое из закона сохранения массы [3], ( ¶ +Ñ×=¶ v ρ t ρ ) 0, где ρ – плотность среды; v – вектор скорости; t – время. 2. Уравнение движения континуума или сплошной среды [3] жц r ¶ + ЧС =Ñ×R+ç÷ ¶ t ( ) ρ , где R – тензор напряжений; f – плотность массовых сил. 3. Уравнение баланса момента импульса [3] жц t иш k v ( (2.1) иш v v vf (2.2) r ¶ + ЧС =Ñ×M+ r + R×´ç÷ ¶ )k lI. (2.3) Здесь k – вектор внутреннего момента импульса; M – тензор моментных напряжений; l – массовая плотность распределенных моментов; I– единичный тензор. 4. Уравнение для температуры, если процессы неизотермические и происходят в несжимаемой среде [3], ¶T ρμQ cTt жц vç÷ иш v зч ¶ + Ч С = -Ñ× ++ зч qD . (2.4) Для многокомпонентных или многофазных систем, которые представляют собой жидкие или газообразные смеси, требуется использовать соответствующее уравнение для концентрации ¶ci t ¶ + ЧС = -Ñ× +Ji v ci 8 i , (2.5) k
Стр.8

Облако ключевых слов *


* - вычисляется автоматически
Антиплагиат система на базе ИИ